流道结构对撞针式喷射阀点胶性能的影响概述

彭先安　单修洋

摘 要：点胶是微电子封装产业中一道重要的工序。点胶品质的好坏直接关系到电子产品的可靠性、使用寿命、使用性能，而点胶工序的生产效率又关乎到整个电子产业的生产成本。高效、安全、可靠、稳定的点胶是提升电子产品质量、降低生产成本的关键因素之一。为了提升生产效率，非接触式点胶技术应运而生，它正在逐步地取代传统的接触式点胶技术，成为未来微电子封装的主流技术。喷射式点胶是非接触点胶技术的主流方式，它具有效率高、喷胶质量较好等特点，但目前也存在一些问题，尤其是在高粘度胶液的场合下，因此探索提高喷射式点胶阀喷胶性能的方式就很有意义。文章论述了阀体的结构参数对于喷射式胶阀喷胶性能的影响。

关键词：微电子封装；喷射式点胶；性能影响

引言

微电子产业是国民经济的支撑产业之一，现代生活时时刻刻都离不开微电子技术，一个国家的科技水平很大程度上依赖其电子工业。信息技术、高端装备制造技术、能源工业等等高新技术产业都不能离开发达的电子制造工业。因此，大力发展微电子制造产业是建设新型工业化国家的必经之路。

微电子制造产业是一个庞大的产业，一块集成电路芯片的制造包含了复杂的工艺，任何环节的短板都会对产品造成很大的影响，其主要表现在产品的使用寿命、可靠性以及使用性能三个方面。

点胶是微电子制造行业里面一道重要的工序，它主要是将各种胶黏剂按照制造的规定准确地放在芯片的特定位置，它起到了保护芯片、加速散热、固定引线等作用。如果没有良好的点胶品质，电子产品的质量将会大打折扣。

传统的点胶方式是接触式点胶，这种技术在工艺执行过程中需要将点胶针头与芯片基板进行接触，它的缺点是工作效率低下，而且由于在竖直方向要进行移动，经常存在空间位置发生干涉的情况。随着产业升级，微电子产业对芯片点胶的要求也越来越高，喷射式点胶技术应运而生。但是喷射式点胶技术还不算特别的成熟，成本相对昂贵一些，而且当喷射粘度较高的胶液时还存在不稳定，因此其性能的提升还有其空间。文章主要根据流道结构的变化来分析一下对撞针式喷射阀喷胶性能的影响。

1 喷嘴结构对喷胶性能的影响

喷嘴是胶液喷射出来的零部件，也是胶液從储胶筒运动到芯片上所经历的最后一个零件。喷嘴的直径、长度、流道结构都对胶液的喷射效果有一定的影响。

一般而言，喷嘴的直径越大胶液喷射量就越大，胶液也更加容易喷出。但是在很多精密的场合，不允许一次性喷射太多胶液；同时，喷嘴直径越大，其底部越容易挂胶。

喷嘴的长度也不宜过大，如果喷嘴的长度过大，一是造成加工困难，二是增加了流体通过细小孔径的能量损失。如果能量损失过多，对于高粘度的胶液将产生挂胶现象，甚至出现胶液分叉。无法喷射等现象，严重地影响了喷胶的品质。但是在喷射低粘度的液体时，也可以通过更换喷嘴管道较长的喷嘴来减少溅射和出胶量。

流道结构对于喷射性能的影响目前研究不多，但是根据流体动力学可以看出，圆滑的过度将有利于保存撞针撞击过程中传递给胶液的能量，这样会更加有利于胶液的喷射。但是这将会带来加工上的困难，增加喷射阀的制造成本。

2 针腔间隙对喷胶性能的影响

针腔间隙指的是机械式喷射阀内部撞针与腔体之间的间隙，这一间隙对于胶液喷射的性能也有很大的影响。通常的喷射阀两侧间隙之和在0.4mm左右。对于不同性质的胶液，采用不同尺寸的撞针以获得不同尺寸的针腔间隙将能够获得更好的喷射效果。

当针腔间隙不断地缩小时，根据流体的公式我们可以知道，当撞针上下运动，可以看成是两个平板做平行运动。而间隙越小，速度不发生变化时会获得更高的剪切速率，这对于会有一定粘度并会具有剪切变稀效应的流体来说会有助于胶液的喷射。同时，小的针腔间隙能够比较有效地阻止胶液在喷射过程中产生的回流现象，这对于胶液的喷射将起到有益的作用。

但是过小的间隙会加大撞针的受力，若喷射阀的加工精度一般，会产生很大的震动，导致喷射阀在工作过程中稳定性降低，进而也会影响到点胶效果。同时间隙过小会加大腔体内部的压力，为了补充不断被喷出的胶液，因此供胶压力、开阀压力就都要相应地提高，这样也会加剧设备的损耗。

3 注胶口尺寸对喷胶性能的影响

注胶口是胶液补充到喷射阀腔体的地方，同时它也要向腔体传递供胶压力，使得阀体内的胶液不断地往下补充，形成良好的喷射循环。注胶口的结构主要可以从胶口尺寸大小及胶口的位置高度来设计。

由于供胶压力是一定的，而流体也具有传递压力的作用，因此扩大喷胶口的设计尺寸，有利于提升整个喷射阀阀腔内的正向压力，进而可以在一定程度上抑制胶液的回流现象，有利于喷射。但是对于低粘度的流体则不能选择较大的注胶口尺寸，因为过高的压力会使得在撞针向上回撤的过程中直接将胶液从喷嘴挤出。因此在喷射粘度较高的胶液时，可以考虑将阀体的注胶口曾大。

注胶口在竖直方向的位置对于胶液在阀体内的流动也有一定的影响。注胶口位置过高，相应的就要提高撞针、阀腔的尺寸，因此会增加整个喷射阀的尺寸，提升制造成本；而且由于撞针的尺寸增加，受力面积增加，其不稳定性也会随之增加。但是注胶口较高有利于胶液形成稳定的层流，对于稳定胶液的流动有好处，适当地提高注胶口的位置能够提升喷胶品质。

4 腔体形状对喷胶性能的影响

目前市场上几乎所有的喷射阀内部都是圆柱状，这样做主要处于加工和成本的考虑。圆柱状的孔加工方便、成本低廉，但是由于在撞针撞击胶液的过程中，远离撞针针头那一端胶液的受力及运动情况与腔底部胶液的受力与运动情况大不相同，因此应当根据这种现象合理的设计腔体几何尺寸。

目前针对这一方面的研究工作比较少，尚未看到非圆柱的喷射阀腔体。根据计算机有限元仿真的情况来看，带有微小锥角的腔体能够获得更好的喷射效果。

5 结束语

目前在市场上，时间压力式的接触式点胶占据了70%以上的市场份额，但是随着电子产品品质的不断提高以及对点胶效率的要求，喷射式点胶阀将不断地取代接触式胶阀。而提升和完善喷射式点胶阀的性能就成了当务之急。

文章针对喷射阀的具体内部构造对喷射阀喷胶性能的影响做了一个定性的概述，可以为相关的点胶阀设计制造企业提供一定的参考，也可以为相关的研究工作奠定基础。

参考文献

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作者简介：彭先安（1989-），男（汉族），湖南衡阳人，硕士研究生，主要研究领域为封装装备制造。